一种用于生物膜形成过程中实时成像与压力追踪的微流控装置

摘要

来源：Kurz, D. L., 等。用于研究多孔介质中生物堵塞的微流控平台。J. Vis. Exp. (2022)

该视频展示了利用微流控装置研究生物膜形成的过程。将细菌悬液引入微通道中，随后进行孵育以促进生物膜的发育。然后恢复流体流动，通过压力监测结合成像技术，随时间检测生物膜的形成及孔道堵塞情况。

方案

1. 硅片制备

1. 使用计算机辅助设计（CAD；参见材料表）软件设计微流控通道的几何结构，并将其打印到透明胶片上以制作光掩膜（图1A）。
2. 通过软光刻技术（在洁净室条件下）按照以下步骤制备主模具。
   1. 将硅片在200 °C下烘烤2小时。
   2. 将硅片置于匀胶机中心，倒入SU8 3050光刻胶（参见材料表），以1,700 rpm的转速旋涂40秒，斜坡时间设置为10秒/100 rpm。
      注意：旋涂参数设定旨在使SU8 3050达到目标厚度100 µm。
   3. 旋涂完成后，在65 °C下预烘600秒，在95 °C下烘烤2,700秒。随后将硅片在室温下冷却过夜。
      注意：过夜冷却有助于增强SU8与硅片之间的粘附性。
   4. 将光掩膜（步骤1.1）放置在硅片上，并用波长为350 nm、曝光能量为250 mJ/cm²的紫外光进行曝光。
   5. 曝光后，将曝光后的基底在65 °C下烘烤60秒，在95 °C下烘烤300秒。
   6. 通过将硅片浸入装有mrDev600显影液（参见材料表）的烧杯中进行显影。轻轻摇动烧杯1,800秒以洗去未聚合的光刻胶，然后用异丙醇喷洒冲洗硅片并用空气吹干。<....

结果

图1：微流控通道设计与实验装置。 （A）微流控通道的光刻掩模，通道内含有不同孔径（75 µm、150 µm 和 300 µm）的结构，用作多孔介质的模拟，并显示柱状结构排列的放大视图（底行）。圆圈标示了柱状结构（不可渗透障碍物）的位置，代表多孔介质的固相。（B）实验装置示意图，显示了注射器、压力传感器、微流控装置（含单个微流控通道）以及配备物镜（即显微镜）的数码相机系统。

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材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Acrodisc 25 mm 注射器滤器，1.2 µm Versapor 膜	Pall Corporation	PN4190	1.2 µm 滤器
BD 10 mL 注射器（鲁尔锁）	BD	300912	用于以去离子水填充通道
培养箱	Life Imaging Services		用于在生物膜生长实验期间维持稳定温度
细胞密度计 CO8000	WPA biowave		OD 测定仪
离心管	Eppendorf	30120086	1.5 mL
CETONI Base 120	CETONI GmbH		注射泵
CorelCAD	CorelDRAW		用于设计微流控通道几何结构的软件
培养管（14 mL，无菌）	greiner bio-one		培养管
干燥烘箱，VENTI-Line	VWR		用于固化 PDMS
Handy	Migros		洗涤剂溶液
带温度控制的加热板	VRW		用于等离子处理后固化 PDMS-玻璃键合
Innova 42 Inc 摇床（New Brunswick）	Eppendorf		培养箱
异丙醇（> 99.8%）	Sigma Aldrich	67-63-0
Masterflex 转移软管	Masterflex	HV-06419-05	内径 0.020''，外径 0.06''
载玻片，平片，75 x 60 mm	Corning	2947-75X50	玻璃载玻片
微流控压力传感器（1 bar）	Elveflow		压力传感器
Miltex 活检打孔器，直径 1.5 mm	Integra		用于制作微流控通道的进样口和出样口孔洞
mrDev600 显影液	Microresist
Nikon Eclipse Ti2	Nikon Instruments		显微镜
营养肉汤 n°3	Sigma Aldrich
Omnifix 带鲁尔锁的注射器	B.Braun		不同体积的注射器
等离子腔体 Zepto	Diener Electronic	ZEPTO-1	用于将 PDMS 与玻璃载玻片进行等离子键合
精密擦拭纸（Kimtech Science）	Kimberly Clark	KCP-7552	用于干燥玻璃载玻片
天平	VWR-CH	611-2605	用于称量弹性体与交联剂的比例
硅晶圆（10 cm）	Silicon Materials Inc.		N//Phos <100> 1-10 Ω cm
匀胶机，Spin 模块 SM150	Sawatec
SU8 3050 光刻胶	Kayakuam
Süss MA6 掩模对准器	SUSS MicroTec Group		用于对准铬-玻璃掩模
Sylgard 184	Dow Corning		硅酮弹性体套件；固化剂
Techni Etch Cr01	Technic		Technic
组织培养皿 150	TPP	93150
三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷	Sigma Aldrich	Sigma Aldrich	用于硅烷化硅晶圆
Veeco Dektak 6 M	Veeco		轮廓仪